Nome do Projeto
Monitoramento e adaptações de secador para sementes
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
22/11/2021 - 20/11/2024
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Agrárias
Resumo
Em geral, as sementes passam por secagem natural na própria planta, no período entre a maturação fisiológica e o momento da colheita, que pode durar vários dias, dependendo da espécie, cultivar, condições ambientais prevalecentes e disponibilidade de máquinas de colheita e secagem, e de equipamentos. A Empresa Boom do Brasil localizada em Formosa Goiás possui mais de 150 secadores instalados no Brasil nos mais diversos estados, no entanto, destinados à grãos. Assim, a empresa nos demandou um levantamento de características do seu secador para sementes. Diante do exposto, e da grande relevância de equipamentos eficientes, baratos e modernos e que mantenham sementes de alta qualidade, o presente estudo tem como objetivo avaliar os secadores Boom para sementes e sugerir adaptações, se necessário. O objetivo desse trabalho é avaliar os secadores Boom para secagem de sementes. Os objetivos específicos são: avaliar resultados já existentes de secagens de grãos; caracterizar o secador Boom como contínuo ou intermitente; avaliar secagens de sementes de trigo, cevada, aveia, feijão e/ou soja; sugerir adaptações ou novo design de módulos para a demanda de sementes. O trabalho será conduzido no Laboratório de Agrotecnologia da Universidade Federal de Pelotas, no período de novembro 2021 a novembro 2023.

Objetivo Geral

Avaliar os secadores Boom para secagem de sementes.

Justificativa

Em geral, as sementes passam por secagem natural na própria planta, no período entre a maturação fisiológica e o momento da colheita, que pode durar vários dias, dependendo da espécie, cultivar, condições ambientais prevalecentes e disponibilidade de máquinas de colheita e secagem, de e equipamentos.
As sementes no campo, geralmente, têm um teor de água inadequado para um armazenamento seguro. O alto teor de água das sementes no período entre a colheita e a secagem contribui para acelerar o processo de deterioração, devido à alta atividade metabólica. Além disso, ocorre o consumo de substâncias de reserva e a liberação de energia e água, favorecendo o desenvolvimento de microrganismos e insetos.
Em decorrência da colheita, as sementes devem apresentar um teor de água compatível, variável de espécie para espécie e variável entre cultivares da mesma espécie, permitindo a colheita mecanizada com danos mecânicos restritos ao mínimo.
Algumas vantagens da colheita de sementes com alta umidade e secagem artificial são:
a) aumento do potencial de armazenamento de sementes;
b) possibilidade de planejamento da colheita;
c) execução da colheita por mais horas por dia e mais dias por safra;
d) redução da perda de sementes por deiscência / descascamento natural;
e) redução do período de permanência das sementes no campo.
Na colheita de sementes, a compatibilidade entre a maturidade fisiológica, o potencial de produção e o aproveitamento das sementes é imprescindível. O processo de maturação das sementes é normalmente irregular, levando a uma diferença marcante de umidade entre elas. Então, o planejamento da colheita e sua execução adequada no momento certo, exercem grande influência na qualidade da semente e na produtividade. A antecipação da colheita em sementes pode determinar menor qualidade fisiológica, devido à presença de sementes imaturas. Por outro lado, o atraso nesta operação pode ser prejudicial para as sementes que atingem a maturidade fisiológica mais cedo.
1.1 Princípios de secagem

O vapor d'água presente na semente costuma ocupar todos os espaços intercelulares disponíveis, gerando pressões em todas as direções, até mesmo na ‘interface’ entre a semente e o ar, chamada de pressão parcial do vapor d'água na superfície da semente. Por sua vez, a água presente no ar, na forma de vapor, também exerce uma pressão parcial, designada como pressão parcial do vapor d'água no ar.
O processo de secagem com ar quente envolve a retirada parcial da água da semente por meio da transferência simultânea de calor do ar para a semente e água, via fluxo de vapor, da semente para o ar.
A secagem das sementes, por meio do fornecimento de ar quente forçado, compreende essencialmente dois processos simultâneos:
a) transferência (evaporação) da água superficial da semente para o ar circundante, que ocorre motivada pelo gradiente de pressão parcial de vapor entre a superfície da semente e o ar de secagem;
b) movimentação da água do interior para a superfície da semente, em virtude do gradiente hídrico e térmico entre essas duas regiões.
A forma mais frequentemente utilizada para aumentar a diferença entre as pressões de vapor da superfície da semente e do ar de secagem é o aquecimento, diminuindo, por consequência, a umidade relativa do ar, e dessa forma, adquirindo maior capacidade de absorção de água.
Em termos práticos, a umidade relativa do ar tem sido utilizada como referência para inferir se a semente vai perder (secar), ganhar (umedecer) ou manter sua umidade (equilíbrio higroscópico), sob determinada condição psicrométrica. Pode-se verificar que à medida que a temperatura do ar aumenta, a umidade relativa diminui, aumentando a capacidade de retenção de água.
Neste trabalho, se deterá apenas aos sistemas de secagem artificial que será detalhado a seguir.

1.2 Secagem artificial

Os métodos de secagem em que há exposição das sementes a um fluxo de ar quente ou não, podem ser divididos conforme o fluxo da semente no secador, em fluxo estacionário e contínuo (contínuo e intermitente).
Neste projeto, trabalharemos com o método contínuo (contínuo e intermitente).

1.2.1 Método contínuo

O método de secagem contínuo é geralmente realizado em secadores contínuos compostos basicamente por duas ou três câmaras, uma de pré-secagem, uma de secagem e uma outra de resfriamento.
Este método consiste em passar as sementes apenas uma vez na câmara de secagem, de forma que as sementes entrem úmidas na parte superior e que saiam secas na base do secador. Para que as sementes sequem em uma única passagem no secador, é necessário elevar a temperatura do ar de secagem ou diminuir o fluxo das sementes dentro da câmara de secagem, para que permaneçam o tempo suficiente para perder o excesso de água.
Com o aumento da temperatura ou do tempo de exposição das sementes ao ar quente, existe o risco de causar danos térmicos às sementes. Qualquer mecanismo que aumente a temperatura da semente coloca em risco sua viabilidade.
Diante desses fatos, esse método deve ser modificado, para que possa ser utilizado na secagem de sementes. As modificações seriam as seguintes:
a) passagem das sementes mais de uma vez na câmara de secagem. Para isso, pode ser acoplado um mecanismo de descarga do elevador para desviar o fluxo de sementes de volta ao secador, formando um sistema cíclico, fechando assim o sistema e permitindo sucessivas passagens da semente pelo secador.
b) aumento da velocidade de escoamento da massa da semente pela câmara de secagem (diminuindo o tempo de residência), fazendo com que permaneça menos tempo submetida ao ar quente, cuja temperatura pode ser mais elevada.
Com essas modificações, será possível secar as sementes, dependendo da capacidade do secador, sem correr o risco de prejudicar sua qualidade fisiológica. Há pesquisas que indicam, como a de Motta, Villela e Zimmer (1999) a utilização do secador contínuo com a passagem das sementes por mais de uma vez pela câmara de secagem, mostrando que é possível secar as sementes pelo método contínuo, utilizando temperaturas de ar de secagem de 40ºC a 60ºC, de forma que a temperatura máxima da massa da semente não ultrapasse 43ºC no final da secagem (quando a semente está com menos de 15% de umidade).
Vale ressaltar que, a repetição da passagem das sementes pelo secador implica na repetição do transporte pelo elevador, ocasionando danos mecânicos às sementes, principalmente quando a velocidade do elevador é muito elevada ou quando o número de passagens é alto.

1.2.2 Método intermitente

O método de secagem intermitente, método pelo qual a semente é submetida à ação do ar quente na câmara de secagem em intervalos regulares de tempo, em um secador intermitente ou contínuo, possibilitando a homogeneização da umidade e o resfriamento das sementes, através do momentos em contato com ar aquecido e momento sem contato com o ar.
A intermitência permite que o transporte de água do interior para a superfície da semente ocorra durante o período de equalização, diminuindo o gradiente de umidade no interior da semente. A utilização de uma série de curtos períodos sob a ação do ar quente, intercalados por períodos sem aquecimento, permite utilizar uma temperatura mais elevada do ar de secagem sem superaquecer as sementes. Ressalta-se que o limite de velocidade máxima de secagem, após a retirada da água da camada superficial da semente, é determinada pela velocidade de transporte da água do interior para a superfície.
A interação dessas sementes por um certo período de tempo com ar aquecido e após a ausência da exposição ao ar quente de secagem permite que a umidade no interior da semente possa ser transportada para a periferia, e assim suportam altas temperaturas do ar de secagem, por um curto período de tempo, sem afetar sua qualidade fisiológica.

A Empresa Boom do Brasil, localizada em Formosa Goiás, possui mais de 150 secadores instalados no Brasil, nos mais diversos estados, como RS, GO, MG, entre outros, no entanto, destinados à grãos. O Secador Boom é um secador contínuo destinado para grãos. Assim, a empresa nos demandou um levantamento de características do seu secador para sementes devido as inerentes a esse produto.
Diante do exposto, e da grande relevância de equipamentos eficientes, baratos e modernos e que possibilitem manter sementes de alta qualidade, o presente estudo tem como objetivo avaliar os secadores Boom para sementes e sugerir adaptações, quando se demonstrarem necessárias.

Metodologia

O trabalho será conduzido no Laboratório de Agrotecnologia da Universidade Federal de Pelotas, no período de outubro 2021 a abril 2023.

Etapa 1 – Análise de dados de secagens
Serão utilizados dados de secagem de grãos dos anos de 2018 a 2021 resultantes de secadores da empresa Boom das espécies de milho, feijão, soja, gergelim e cevada realizadas em todo o Brasil. Serão analisados resultados de 2028 secagens e seus dados de horário de entrada, horário de saída, umidade de entrada e umidade de saída. Algumas secagens possuem dados de consumo de combustível, o que pode ser analisado a posteriori.
Em um primeiro momento serão utilizadas técnicas de inteligência artificial, mineração de dados.
Serão utilizados previamente os classificadores J48, Random Forest, Classification Via Regression (CVR) e Multi-Layer Perception (MLP).
O treinamento dos dados será realizado com 30% dos mesmos (608 secagens aleatórias).
Após o processamento será realizado a validação cruzada dividindo o conjunto de dados em treinamento e teste, em 10 subconjuntos. A média dessas precisões corresponde ao desempenho do algoritmo sobre o conjunto de dados fornecido, ainda sem duplicação de dados através do filtro "Resample", que informa ao ‘software’ o número ideal de repetições para o treinamento de modo que no final o classificador demonstre seu máximo desempenho para classificação do conjunto de dados (Ascoli, 2021).
Essa técnica reduz a probabilidade de que coincidências subavaliem ou sobreavaliem o desempenho para uma determinada configuração (Ascoli, 2021).
Para verificar quais algoritmos serão mais convenientes será necessário utilizar o critério das suas acurácias e da matriz de confusão proveniente de cada modelo.
Após a escolha do modelo de classificador, por meio da melhor acurácia obtida no teste de treinamento, farar-se necessário a realização de uma nova avaliação com os dados totais e dentre as diversas métricas que apresentarão novos algoritmos de bom desempenho destacamos a precisão, como, o recall, o ROC área e o F-Measure ou medida F.
Será uma mineração não supervisionada com verificação dos ‘clusters’ que terão como resultado os modelos de equipamentos que se aproximam. E com isso será possível verificar quais serão os comportamentos semelhantes.

Etapa 2. Monitoramento de secagem de sementes

Nesta etapa serão analisados secagem de sementes de trigo, cevada e aveia nas cidades de Espumoso e Vacaria no Rio Grande do Sul, durante o mês de dezembro de 2021, e feijão e soja em Formosa em Goiás, durante os meses de dezembro de 2021 a janeiro de 2022.
Serão analisados a velocidade do ar de entrada, velocidade do ar de saída, vazão do ar e pressão estática e dinâmica (através de anemômetros de fio quente) Modelo ITAN 740, verificação de modelo, diâmetro e voluta dos ventiladores, potência do ventilador, tipo de combustível e seu consumo e sua eficiência energética (fornalha, motor elétrico, ventilador). As temperaturas do ambiente externo como a umidade relativa (UR), temperatura de bulbo seco e úmido serão registrados através de um termo higrômetro Modelo POL-31A Marca Politerm. Medidas dos secadores. Se os ventiladores foram fabricados pela Boom deverá ser feito a curva desses ventiladores. Sendo retiradas imagens do secador e dos pontos de coleta de dados a serem analisados.
Também serão analisados, teor de água inicial e final (que será com equipamento de análise indireta manual), temperatura da massa de sementes e do ar durante a secagem (através de termômetros) e retirado amostras de sementes para ser analisado quanto a sua qualidade fisiológica, antes e depois da secagem, como:
A germinação, conforme as Regras para Análise de Sementes - RAS (2009) para cada espécie. Com a utilização de 400 sementes por repetição estatística, totalizando quatro repetições de 100 sementes de repetição do teste. As sementes serão semeadas em duas folhas de papel umedecido com água destilada. Estas serão colocadas em germinador. As avaliações serão realizadas conforme as RAS, sendo os resultados expressos em porcentagem de plântulas normais (BRASIL, 2009).
O vigor, conforme as referências bibliográficas mais citadas para cada espécie.
A primeira contagem de germinação – será conduzida juntamente com o teste de germinação. Esta contagem será realizada de acordo com as RAS (BRASIL, 2009). Os resultados serão expressos em porcentagens de plântulas normais.
O índice de velocidade de germinação (IVG) – será conduzido juntamente com o teste de germinação. Serão computadas as plântulas normais diariamente. Tal procedimento será realizado até se obter a estabilização. Ao final do teste, será calculado o IVG, conforme fórmula proposta por Maguire (1962).
A emergência de plântulas em areia – será conduzida com 200 sementes, divididas em quatro repetições de 50 sementes, semeadas em bandejas contendo areia na profundidade de 1,5 cm. A contagem das plântulas emergidas será realizada aos 21 dias após a semeadura.
O comprimento de plântulas – será realizado juntamente com o teste de emergência em areia. Através dele será determinado o comprimento de parte aérea e de raiz conforme.
A massa seca total – será realizada com as plântulas remanescentes do teste de comprimento de plântula, sendo submetidas, posteriormente, a uma desidratação em estufa a 70 ºC, até atingir massa constante, seguida de pesagem em balança analítica, com precisão de 0,0001 g.
A emergência de plântulas em campo – será conduzida com 200 sementes, divididas em quatro repetições de 50 sementes, semeadas em canteiros com profundidade de 1,5 cm. A contagem das plântulas emergidas será realizada aos 21 dias após a semeadura.
A condutividade elétrica - será conduzida com 50 sementes por subunidades, para cada uma das repetições. Elas serão pesadas e em seguida imersas em 50 mL de água deionizada e mantidas, por um período de 24 horas, em incubadora tipo BOD à temperatura de 20 ºC. Após esse período, será realizada a leitura da condutividade elétrica das soluções, com o auxílio de um condutivímetro digital. Os resultados serão expressos em µSm-1g-1 de sementes, conforme metodologia adaptada de Vieira e Krzyzanowski (1999).
O envelhecimento acelerado - será utilizado uma camada única de 300 sementes, distribuída uniformemente sobre uma tela acoplada ao gerbox, contendo 40 mL de solução não saturada de cloreto de sódio (11 gramas de NaCl para 100 mL de água destilada). Os gerbox serão tampados e mantidos em câmara BOD, a 41 ºC por 24h. E após será conduzido o teste de germinação já descrito em ensaio anterior.

Indicadores, Metas e Resultados

Elaboração e entrega de um relatório contendo os resultados obtidos em cada uma das análises.
Elaboração de artigos científicos para a publicidade dos resultados encontrados.
Sugestão de um novo design de módulos dos secadores Boom, especialmente, àqueles destinados a secagem de sementes.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
ADAMO DE SOUSA ARAÚJO1
AMANDA DA SILVA MARTINS
ANA PAULA ROZADO GOMES
GIZELE INGRID GADOTTI1
GRACIELA BUCK
ISABELLA BRANDÃO MOREIRA
KARINE VON AHN PINTO
MAURIZIO SILVEIRA QUADRO1
RAFAEL RICO TIMM
RITA DE CASSIA MOTA MONTEIRO
ROMÁRIO DE MESQUITA PINHEIRO
RUAN BERNARDY

Página gerada em 18/04/2024 03:46:48 (consulta levou 0.151659s)